[实用新型]模拟干热岩致裂形成裂缝形态的装置

说明书

本实用新型提供了一种模拟干热岩致裂形成裂缝形态的装置，涉及岩体力学实验技术领域，提供一种新的模拟装置和方法，对干热岩热‑力耦合作用下膨胀致裂缝网形态进行模拟。该装置包括架体、岩芯限位结构以及加热装置，其中，岩芯限位结构设置在架体上，岩芯限位结构内形成有用与放置岩芯的容纳腔，岩芯限位结构用以模拟当容纳腔内的岩芯膨胀致裂时岩芯受到的周围地应力作用；加热装置与岩芯限位结构相连接且加热装置用以对容纳腔内的岩芯进行加热用以模拟地热温度。本实用新型用于对干热岩热‑力耦合作用下膨胀致裂缝网形态进行模拟。

技术领域

本实用新型涉及岩体力学实验技术领域，尤其是涉及一种模拟干热岩致裂形成裂缝形态的装置，具体的为模拟热-力耦合作用下干热岩膨胀致裂形成缝网形态的装置和方法。

背景技术

干热岩(HDR)是一种新型的高效低碳清洁能源，具有储量大、分布广泛、供能稳定的特点。在开发过程中的首要工作是通过水力压裂技术在地下数千米岩石储层形成人工热储，然后将冷流体注入地层中，先后在注入井、人造热储和生产井之间进行循环流动，与干热岩储层进行换热，从而提取干热岩中的热能进行地面供暖、发电等。

增强型地热系统(EGS)是开发干热岩资源的一种有效方法，自上世纪70年代以来，欧美国家陆续进行了干热岩开发的实践项目。结果表明，干热岩储层的温度随地层深度的增加呈现出各种变化规律，同时压裂产生的人工裂缝存在方向性和不确定性，使得注入井和生产井之间不能产生满意的水力传导率。而干热岩储层地质条件也促使裂缝发育程度各不相同，其中脆性是影响储层压裂后形成缝网的必要因素，此外，干热岩的层理结构和抗拉强度也是影响形成缝网的两个关键因素。因此，干热岩热能开发中的关键技术是在地下高温储层中形成连通的复杂人工裂缝网络系统。

传统的水力压裂技术源于油气田开发过程中，主要考虑流固耦合作用对裂缝扩展的影响，而在干热岩水力压裂造缝过程中，还要充分考虑深层地热高温带来的影响，所以干热岩压裂过程主要是热流固耦合作用。干热岩水力压裂时有效应力通过注水压力直接获得，当注水压力在井筒内不断升高超过地应力和岩体抗拉强度时，干热岩开裂产生缝网结构。模拟此过程时对干热岩井筒密封性要求很高，主要防止注水压力过高损坏井筒却达不到压裂效果。而采用膨胀致裂方法既可以满足水力压裂过程中注水压力作用，又可以省去密闭井筒防止泄压的过程，而且此方法稳定方便可以达到同样效果。因此需要一种新的模拟装置和方法，对干热岩热-力耦合作用下膨胀致裂缝网形态进行模拟。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟干热岩致裂形成裂缝形态的装置，以对干热岩热能高效开发提供有效的技术支持。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种模拟干热岩致裂形成裂缝形态的装置，包括架体、岩芯限位结构以及加热装置，其中，所述岩芯限位结构设置在所述架体上，所述岩芯限位结构内形成有用与放置岩芯的容纳腔，所述岩芯限位结构用以模拟当容纳腔内的岩芯膨胀致裂时所述岩芯受到的周围地应力作用；所述加热装置与所述岩芯限位结构相连接且所述加热装置用以对所述容纳腔内的岩芯进行加热以模拟地热温度。

优选地，所述岩芯限位结构包括厚壁筒，所述厚壁筒放置在所述架体上且所述岩芯能放置在所述厚壁筒内，所述厚壁筒为分体结构且拆卸所述厚壁筒时能便于观察岩芯裂缝形态；所述装置还包括填充材料，所述填充材料用于填充在所述厚壁筒与所述岩芯之间的缝隙以便于模拟所述岩芯在膨胀致裂的过程中受到的周向地应力的作用。

优选地，所述厚壁筒包括两个半圆厚壁筒，每个所述半圆厚壁筒沿高度方向上的两端均存在有连接部，所述连接部向远离厚壁筒中心位置的方向延伸，两个所述半圆厚壁筒相对应的连接部通过连接件可拆卸连接；两个所述半圆厚壁筒中其中一个所述半圆厚壁筒的连接部上设置有顶开孔，所述顶开孔用于两个所述半圆厚壁筒的拆卸。

优选地，所述填充材料为紫铜皮和/或薄铁片。